WO1987005570A1

WO1987005570A1 - Device for automatic release of passenger protection devices in the event of an accident

Info

Publication number: WO1987005570A1
Application number: PCT/DE1987/000065
Authority: WO
Inventors: Claus Condne; Klaus Dobler; Hansjörg Hachtel; Bernhard Mattes; Wadym Suchowerskyj
Original assignee: Robert Bosch Gmbh
Priority date: 1986-03-22
Filing date: 1987-02-25
Publication date: 1987-09-24
Also published as: EP0261152A1; DE3609839A1; US4784237A; EP0261152B1; DE3768890D1; JPS63502816A

Description

Vorrichtung zum selbsttätigen Auslösen von Insassenschutzvorrichtungen bei einem Unfall

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zum selbsttätigen Auslösen von Insassenschutzvorrichtungen in Kraftfahrzeugen bei einem Unfall nach der Gattung des Hauptanspruchs.

Es ist bekannt, einen als seismische Masse dienenden Körper elastisch außerhalb des Massemittelpunktes aufzuhängen, so daß dieses Feder-Masse-System eine Resonanzfrequenz besitzt, die oberhalb des Meßbereichs liegt. Die Auslenkung der Masse ist ein Maß für die auftretenden translatorischen Beschleunigungen. Damit läßt sich mit Hilfe einer Auswert eschaltung die Insassenschutzvorrichtung in Kraftfahrzeugen aktivieren.

Ferner ist es bekannt, einen als seismische Masse dienenden Körper elastisch im Massemittelpunkt aufzuhängen, so daß dieses Feder-Masse-System eine Resonanzfrequenz besitzt, die oberhalb des Meßbereichs liegt. Die Auslenkung der Masse ist ein Maß für die auftretende Winkelbeschleunigung.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß sie die Eigenschaften der beiden oben beschriebenen Aufnehmer in einer einfachen Vorrichtung miteinander vereint. Beide bisher getrennt gewonnenen Meßsignale können mit einer einzigen Vorrichtung erzeugt werden. Mit Hilfe dieses Sensorsignals läßt sich nach entsprechender Filterung sowohl die Lage als auch die Winkelgeschwindigkeit bestimmen. Durch Auswertung dieser Größen kann eine Fahr Situation erkannt werden, die zum Überschlag eines Kraftfahrzeugs führt. Alle notwendigen Schutzmaßnahmen, z.B. Ausfahren eines Überrollbügels, lassen sich dadurch rechtzeitig auslösen. Es ist auch möglich, zusätzliche Schutzeinrichtungen zeitlich nacheinander zu aktivieren. Die Vorrichtung baut einfach und robust und ist für den Serieneinbau bei Kraftfahrzeugen geeignet. Das Meßsignal kann einfach und genau durch berührungsfreie Abstandsmessung gewonnen werden.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen der im Hauptanspruch angegebenen Vorrichtung möglich. Insbesondere nach Anspruch 10 ist es möglich, zusätzlich noch die Längsbeschleunigung zu erfassen, die z.B. bei einem Crash-Unfall auftritt. Ze ic hnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 einen prinzipiellen Aufbau der Vorrichtung, Figur 2 bis 3a je eine konstruktive Ausgestaltung der Vorrichtung in perspektivischer Darstellung, Figur 4 ein Blockschaltbild der Auswerteschaltung zum Auslösen eines Überrollbügels und Figur 5 ein Diagramm, das den Verlauf der Auslöseschwelle abhängig von der Winkelgeschwindigkeit und dem Kippwinkel des Kraftfahrzeugs aufzeigt.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Bei Auslösevorrichtungen für Insassenschutzvorrichtungen, z.B. bei Überrollbügel, ist es notwendig, den Lagewinkel des Fahrzeugs zum Scheinlot und die Winkelgeschwindigkeit um seine Längs- und Querachse zu bestimmen. Aus Kostengründen sollen beide Meßgrößen von nur einem Aufnehmer geliefert werden und durch eine elektronische Schaltung wieder getrennt werden.

In Figur 1 ist eine schematische Darstellung eines solchen Aufnehmers gezeigt. Er besteht aus einem als seismische Masse 10 dienenden Körper, der außerhalb des Massemittelpunktes 11 elastisch in der Verankerung 12 verankert ist. Die Masse 10 und die Verankerung 12 sind dabei so gewählt, daß das Drehmoment durch das Massenträgheitsmoment der Masse bezüglich der Verankerung, in Verbindung mit der maximal zu messenden Winkelbeschleunigung die gleiche Größenordnung besitzt, wie das Drehmoment bei einer Lageänderung von 90º , das durch den außerhalb der Verankerung 12 befindlichen Masseanteil verursacht wird. Die seismische Masse 10 verursacht sowohl bei Winkelbeschleunigung als auch bei einer abweichenden Lage zum Scheinlot ein Drehmoment in der Verankerung 12, das z.B. mit optischen oder elektrischen Mitteln gemessen werden kann.

Hierzu ist in Figur 2 ein erstes Ausführungsbeispiel dargestellt. Mit 15 ist eine Vorrichtung bezeichnet, die mit Hilfe einer Grundplatte 16 in Kraftfahrzeuge einbaubar ist. Auf der Grundplatte 1.6 sind die Füße 17, 18 einer Aufhängung angeordnet, in denen ein Torsionsstab 19 befestigt ist. Am Torsionsstab 19 ist in einer Richtung senkrecht zur Achse des Torsionsstabs 19 eine Scheibe 20 aufgehängt, die als seismische Masse für die Vorrichtung 15 dient. Statt einer Scheibe kann auch ein beliebig anders geformter Massekörper , z.B. ein Balken, aufgehängt sein. Es ist aber dann darauf zu achten, daß der Massekörper exzentrisch gelagert ist. Am Außenumfang der Scheibe 20 ist ein Fortsatz 21 ausgebildet, der als Zusatzmasse die Massen-Exzentrizität der Scheibe 20 bewirkt. Ferner hat der Fortsatz 21 eine Meßfläche 22, der ein ort sf e st auf der Grundplatte 16 angeordneter Abstandssensors 23 zugeordnet ist. Als Abstands sensor 23 können alle bekannten Sensorarten zur berührungsfreien Abstandsmessung eingesetzt werden, also z.B. kapazitive, induktive, magnetische, optische oder über Wirbelstrom messende Systeme. Der Abstandssensor 23 wird dabei so auf der Grundplatte 16 positioniert, daß er auch die kleinen Drehbewegungen der Scheibe 20 möglichst genau erfassen kann. Selbstverständlich ist es auch möglich, den Massekörper über Spiral- oder Blattfedern federnd aufzuhängen. Wirken bei einem Unfall Beschleunigungskräfte auf die Scheibe 20 der Vorrichtung 15 ein, so wird die Scheibe 20 aus ihrer Grundposition ausgelenkt. Es sind die beiden Fälle einer langsamen Verdrehung und einer beschleunigten Verdrehung zu unterscheiden. Bei einer langsamen Verdrehung der Scheibe 20 um die Achse des Torsionsstabs 16 führt ihre Gewichtskraft zusammen mit der ihr aber entgegenwirkenden Torsionskraft zu einer Abstandsveränderung zwischen der Meßfläche 22 und dem Abstandssensor 23. Diese Auslenkung dient nun als Maß für die Winkellage gegenüber der Horizontalen, wodurch die Lage des Kraftfahrzeugs bestimmbar ist.

Wird die Vorrichtung 16 und insbesondere die Scheibe 20 mit dem Fortsatz 21 beschleunigend verdreht, so führt die Trägheit der Masse der Scheibe 20 und die Masse des Fortsatzes 21 ebenfalls zu einer Veränderung des Abstands zwischen der Meßfläche 22 und dem Abstandssensor 23. Über die Abstandsmessung ist ein Meßsignal für die auftretende Winkelbeschleunigung und daraus der Rotationsgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs erzielbar. Das gewonnene Meßsignal der Winkeländerung γ wird in einer angeschlossenen elektronischen Auswerteschaltung in den entsprechenden Geschwindigkeits- γ bzw. Beschleunigungswert Ϋ differenziert. Die Weiterverarbeitung des gewonnenen Meßsignals ist mit Hilfe einer elektronischen Auswerteschaltung möglich, die in Figur 4 näher dargestellt ist.

Es ist selbstverständlich auch denkbar, die seismische Masse innerhalb der Körperform ungleichmäßig zu verteilen, um so eine exzentrische Lagerung der Masse bzw. des Körpers zu erreichen. Wichtig ist es aber bei allen unter schiedlichen Formen der seismischen Masse, daß die Meßfläche und der Abstandssensor einander genau zuzuordnen sind und bereits kleinste Veränderungen möglichst fehlerfrei erfaßt werden.

Besonders vorteilhaft ist es - wie in Figur 2a dargestellt - am Fortsatz 21 diametral gegenüberliegend eine zweite Meßfläche 22a auszubilden und einen zweiten Abstandssensor 23a anzuordnen. Mit Hilfe einer sogenannten Halbbrückenschaltung kann das Meßsignal damit verdoppelt werden. Während der Messung auftretende Störsignale oder Driften des Meßwertes, z.B. durch Temperaturschwankungen, Können ebenfalls unterdrückt werden.

Mit Hilfe der oben beschriebenen Vorrichtung ist es möglieh, die Lageänderung bzw. die Winkelbeschleunigung nur bezüglich einer Achse des Kraftfahrzeugs zu bestimmen. Ordnet man eine zweite Vorrichtung senkrecht zur ersten an, so können beide Werte auch bezüglich beider Achsen gemessen werden. Beide Vorrichtungen können dabei an die gleiche Auswerteschaltung angeschlossen sein.

Im Ausführungsbeispiel nach Figur 3 kann zusätzlich zur Lage und zur Rotationsbeschleunigung auch noch die Längsbeschleunigung mit einer einzigen Vorrichtung gemessen werden. Solche Längsbeschleunigungen treten z.B. bei einem Crash-Unfall auf. Wie im Ausführungsbeispiel nach Figur 2 ist eine seismische Masse, hier ein Balken 26, exzentrisch federnd an einem Torsionsstab 27 aufgehängt. Der Balken 26 weist eine unter einem bestimmten Winkel zur Achse des Torsionsstabs, z.B. 45º , angeordnete Meßfläche 28 auf, der ein ortsfest auf einer Grundplatte 29 befestigter Abstandssensor 30 zugeordnet ist. Die Füße 31 , 32 der Vorrichtung sind im Gegensatz zum Ausführungsbeispiel nach Figur 2 in Richtung der Achse des Torsionsstabs 27 elastisch federnd ausgebildet. Die Achse des Torsionsstabs 27 ist dabei in Richtung der Fahrzeuglängsachse ausgerichtet. Bei Auftreten einer Beschleunigung bzw. Verzögerung in dieser Richtung werden die Füße 31, 32 um einen Betrag "a" ausgelenkt, was auch zu einer proportionalen Abstandsänderung zwischen der Meßfläche 28 und dem Abstandssensor 30 führt. Da sich bekanntlich ein Crash-Vorgang im zeitlichen Verlauf anders verhält als ein Überrollvorgang, kann er durch geeignete Maßnahmen mit Hilfe einer elektronischen Auswerteschaltung erkannt werden. Es ist aber auch möglich, die Meßsignale für den Crash-Vorgang und für den Überrollvorgang getrennt voneinander mit Hilfe des Ausführungsbeispiels nach Figur 3 zu gewinnen. Dazu ist in Figur 3a eine zweite Meßfläche 28a senkrecht zur Achse des Torsionsstabs 27 ausgebildet. Jeder der beiden Meßflächen 28, 28a ist dann ein eigener Abstandssensor 30, 30a zugeordnet. Die oben beschriebene schräg ausgebildete Meßfläche braucht dann nicht mehr vorhanden zu sein. Es ist nämlich möglich, die Meßflächen jeweils in 3ewegungsrichtung, also in Richtung der Achse des Torsionsstabs, und senkrecht zur Achse des Torsionsstabs, auszubilden.

Wie auch beim Ausführungsbeispiel nach Figur 2a können durch diametral gegenüberliegende Meßflächen und einem jeweils zugeordneten Abstandssensor Meßfehler oder Driften kompensiert werden bzw. der Meßwert über eine sogenannte Halbbrückenschaltung verdoppelt werden.

In Figur h ist ein Blockschaltbild dargestellt, in dem mit 35 der oben beschriebene Aufnehmer bezeichnet ist. Dessen Ausgangssignal, das einer Überlagerung von Lage und Winkelbeschleunigung entspricht, wird in die beiden Größen Winkelbeschleunigung und Lage aufgetrennt bzw. gefiltert, so daß die Fahrsituation bewertet werden kann.

Diese Filterung des Meßsignals soll an zwei Grenzfällen beschrieben werden. Überschlägt sich das Fahrzeug (Rotation) schnell, so ist die Rotationsgeschwindigkeit, d.h. die Winkelgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs, das wesentliche Kriterium zum Auslösen der Sicherheitsvorrichtung. Das Fahrzeug besitzt dabei eine hohe Rotationsenergie. Die schnelle Rotation des Kraftfahrzeugs wird durch eine relativ hochfrequente Winkelbeschleunigung hervorgerufen. Dies bedeutet, daß nur der hochfrequente Anteil des Meßsignals ausgewertet werden muß. Dazu wird das Meßsignal einem Hochpaßfilter 36 zugeleitet, der vom Meßsignal den hochfrequenten Anteil durchläßt und den niederfrequenten Anteil herausfiltert. Anschließend wird der hochfrequente Anteil in einem Verstärker 37 verstärkt und in einem Integrator 38 integriert. Die so gewonnene Winkelgeschwindigkeit löst bei Überschreiten einer vorgegebenen Schwelle die Sicherheitsvorrichtungen aus.

Der zweite Grenzfall ist ein langsames Überschlagen des Kraftfahrzeugs, z.B. wenn das Kraftfahrzeug entlang einer Böschung fährt und bei einem kritischen Neigungswinkel kippt. Jetzt ist die Winkelbeschleunigung gering. Das wesentliche Auslösekriterium ist nun die Lage zum Scheinlot. Das durch diese Lageänderung hervorgerufene Meßsignal ist relativ niederfrequent. Dies bedeutet, daß bei langsamer Rotation der niederfrequente Anteil des Meßsignals ausgewertet werden muß. Dazu wird das vom Sensor 35 gewonnene Meßsignal einem Tiefpaßfilter 40 zugeführt. Das so gewonnene Meßsignal wird einem Verstärker 41 zugeführt. Bei Überschreiten einer vorgegebenen Schwelle werden wieder die Insassensicherheit svorrichtungen ausgelöst.

Im praktischen Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs überschneiden sich die beiden Grenzfälle. Die oben beschriebene Auslösevorrichtung ist durch einen Fensterdiskriminator 42 zu ergänzen. Beide gefilterten Meßsignale werden addiert und dem Fensterdiskriminator 42 zugeführt, der die jeweils gewünschten Sicherheitsvorrichtungen auslösen kann. In Figur 5 ist ein Diagramm für einen Überschlag des Kraftfahrzeugs um eine seiner Achsen dargestellt. Dazu ist die Rotationsgeschwindigkeit des Fahrzeugs über dessen Neigungswinkel aufgetragen. Die beiden Grenzfälle sind hier als Schnittpunkte mit der y- bzw. x-Achse zu verstehen. Bei langsamem Überschlag des Kraftfahrzeugs werden die Insassenschutzvorrichtungen bei einer Schwelle von ca. 57 Neigung des Kraftfahrzeugs ausgelöst. Für einen schnellen Überschlag ist für einen ganz bestimmten Fahrzeugtyp in Figur 5 die Schwelle bei einer Winkelgeschwindigkeit von 2,5 1/sec. eingezeichnet. Die im Diagramm eingezeichnete Verbindungskurve dieser beiden Grenzfälle gibt die kritische Schwelle 45 an, ab der die Sicherheitsvorrichtungen auslösen sollen. Hat das Kraftfahrzeug z.B. bereits eine Neigung von 20 erreicht, so genügt eine geringere Rotationsenergie, d.h. Winkelgeschwindigkeit, um das Kraftfahrzeug in die kritische Lage, d.h. über die kritische Schwelle 45 zu bringen. In diesem Beispiel würden die Sicherheitsvorrichtungen bei einer gleichzeitigen Winkelgeschwindigkeit von 1,7 1/sec. auslösen.

Auch bei einem Überschlag des Kraftfahrzeugs um seine Querachse kann dieselbe Auswertevorrichtung verwendet werden. Notwendige Änderungen, die durch die Geometrie des Kraftfahrzeugs bedingt sind, können bereits bei der Wahl des Sensors berücksichtigt werden.

Claims

Ansprüche

1. Vorrichtung zum selbsttätigen Auslösen von Insassenschutzvorrichtungen in Kraftfahrzeugen bei einem Unfall, mit einem Sensor (35), der bei Abweichung von einer vorgeschriebenen Fahrsituation des Kraftfahrzeugs ein Steuersignal abgibt, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (35) eine außerhalb des Mas semittelpunktes (11) elastisch verankerte seismische Masse (10) aufweist, die in einer Einspannung ein Drehmoment hervorruft, so daß der Sensor (35) mindestens gleichzeitig den Lagewinkel zum Scheinlot und die Winkelbeschleunigung des Kraftfahrzeugs mißt, und daß das Steuersignal des Sensors (35) mit Hilfe einer elektrischen Schaltung in mindestens zwei Bereiche aufgespalten wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuersignal des Sensors (35) durch relative Lagemessung mit Hilfe einer berührungsfreian Abstandsmessung der seismischen Masse (10) zu einem Aufnehmer (23, 30) gewonnen wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lageänderung der seismischen Masse ( 1 0 ) mit Hilfe eines optischen Verfahrens gewonnen wird.

4 . Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Masse (10, 20) an einem Torsionsstab (19) befestigt ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Masse (10, 20) an einer Feder aufgehängt ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Masse als Scheibe (20) ausgebildet ist und einen als Meßfläche (22) dienenden Fortsatz (21 ) aufweist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Masse (10) als Balken (26) ausgebildet ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Masse (10, 20) in einer Richtung beweglich gelagert ist und der Aufnehmer (23) die Bewegung der Masse in dieser Richtung bestimmt.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Masse (10) in zwei senkrecht zueinander verlaufenden Richtungen beweglich gelagert ist und der Aufnehmer (30) die Bewegung der Masse (10, 26) in beiden Richtungen bestimmt, wodurch die Längsbeschleunigung bestimmbar ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßfläche unter einem Winkel von 0 bis 90º zu einer der Bewegungsrichtungen der Masse (10, 26) angeordnet ist

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßfläche (28) einen Winkel von 45^o zu einer der Bewegungsrichtungen aufweist und der Aufnehmer (30) senkrecht zu der Meßfläche (28) angeordnet ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Masse (10, 20, 26) in jeder der Bewegungsrichtungen eine Meßfläche aufweist, der ein eigener Aufnehmer zugeordnet ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Masse (10, 20, 26) je zwei diametral gegenüberliegende Meßflächen mit je einem zugeordneten Aufnehmer aufweist.

1H. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß ein Hochpaßfilter (36) einen hochfrequenten Bereich des Steuersignals und ein Tiefpaßfilter (40) einen niederfrequenten Bereich des Steuersignals gewinnt.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 1U, dadurch gekennzeichnet, daß dem Hochpaßfilter (36) ein Integrator (38) nachgeschaltet ist und die durch die Hochpaß- (36) und Tiefpaßfilter (40) gewonnenen Bereiche des Steuersignals durch einen Verstärker (41) gewichtet, addiert und einem Komparator (42) zugeführt werden.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bi.s 15, dadurch gekennzeichnet, daß unter Ausnützung der translatorischen Empfindlichkeit der seismischen Masse (10) nach Filterung des Steuersignals zusätzliche Schutzeinrichtungen, wie Airbag, Gurtstraffer, Zentralverriegelung und Gurtverriegelung etc. ausgelöst werden.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß mit Hilfe mehrerer Auslösestufen verschiedene Schutzvorrichtungen zu unterschiedlichen Zeitpunkten ausgelöst werden.